Особенности осаждения хромовых покрытий при работе магнетронной распылительной системы с сублимирующей мишенью

Результаты исследования необходимы для разработки новой высокопроизводительной технологии осаждения высококачественных защитных покрытий. Объектом исследования являются магнетронный разряд, функционирующий на парах мишени, изготовленной из хрома, а также свойства хромовых покрытий. Цель работы – выявить закономерности функционирования разряда с сублимирующей хромовой мишенью, в том числе в режиме самораспыления, а также влияние режима самораспыления на коррозионную стойкость хромовых покрытий, осаждённых в этих условиях. В процессе исследования определялась минимальная мощность, при которой магнетронная распылительная система стабильно функционировала в режиме самораспыления. Изучался механизм поддержания магнетронного разряда при использовании сублимирующей хромовой мишени.

Введение ………………………………………………………………………………………………….. 14

Глава 1 Анализ проблем, возникающих при распылении горячей хромовой
мишени ……………………………………………………………………………………………………. 17

1.1 Вакуумное напыление ……………………………………………………………………… 17

1.2 Принципы работы магнетронных распылительных систем ……………….. 21

1.3 Особенности магнетронного распыления металлических мишеней,
испытывающих испарение или сублимацию ………………………………………….. 32

1.4 Режим самораспыления ……………………………………………………………………. 37

1.5 Проблема неравномерности распыления сублимирующей мишени и
предполагаемые способы еѐ решения …………………………………………………….. 39

1.6 Постановка задач исследования ……………………………………………………….. 44

Глава 2 Оборудование и методы исследования …………………………………………. 46

2.1 Описание использованного оборудования для осаждения хромовых
покрытий ………………………………………………………………………………………………. 46

2.2 Приборы и методы диагностики ………………………………………………………. 52

2.2.1 Измерение толщины покрытий …………………………………………………… 52

2.2.2 Исследование коррозионной стойкости покрытий ………………………. 54

2.3 Методики расчѐтов ………………………………………………………………………….. 57

2.3.1 Математическая модель тепловых и эрозионных процессов
теплоизолированной горячей мишени …………………………………………………. 57

2.3.2 Методика расчѐта скорости осаждения покрытий и частиц и их
концентрацию в пространстве между мишенью и подложкой ……………… 59

2.3.3 Методика расчета концентрации атомов в пространстве между
мишенью и подложкой ……………………………………………………………………….. 60
Глава 4 Финансовый менеджмент, ресурсоэфективность и
ресурсосбережение…………………………………………………………………………………… 77

Введение……………………………………………………………………………………………….. 77

4.1 Оценка коммерческого потенциала и перспективности проведения
научных исследований с позиции ресурсоэффективности и
ресурсосбережения ……………………………………………………………………………….. 77

4.1.1 Потенциальные потребители результатов исследования ……………… 77

4.1.2 Анализ конкурентных технических решений …………………………… 78

4.2 SWOT-анализ ……………………………………………………………………………….. 79

4.3 Планирование научно-исследовательских работ ………………………………. 81

4.3.1 Структура работ в рамках научного исследования ………………………. 81

4.3.2 Определение трудоемкости выполнения работ ……………………………. 81

4.3.3 Разработка графика проведения исследования ……………………………. 82

4.4 Бюджет научно-технического исследования …………………………………….. 86

4.4.1 Расчет материальных затрат НТИ ……………………………………………….. 86

4.4.2 Расчет затрат на специальное оборудование для научных работ ….. 86

4.5 Основная заработная плата исполнителей темы ……………………………….. 87

4.5.1 Дополнительная заработная плата исполнителей темы ……………….. 89

4.6 Отчисления во внебюджетные фонды (страховые отчисления) …………. 89

4.7 Накладные расходы …………………………………………………………………………. 90

4.8 Формирование бюджета затрат научно-исследовательского проекта … 90

4.9 Определение ресурсной (ресурсосберегающей) эффективности
исследования ………………………………………………………………………………………… 91

Глава 5 Социальная ответственность ………………………………………………………… 95

5.1 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности …… 95
5.1.1 Специальные (характерные для рабочей зоны исследователя)
правовые нормы трудового законодательства ……………………………………… 95

5.1.2 Организационные мероприятия при компоновке рабочей зоны
исследователя …………………………………………………………………………………….. 96

5.2 Производственная безопасность ………………………………………………………. 98

5.3 Анализ опасных и вредных производственных факторов ………………….. 99

5.3.1 Производственный шум ……………………………………………………………… 99

5.3.2 Микроклимат ……………………………………………………………………………… 99

5.3.3 Расчет искусственной освещенности…………………………………………. 100

5.3.4 Электробезопасность ………………………………………………………………… 104

5.3.5 Электромагнитное излучение ……………………………………………………. 106

5.3.6 Пожарная безопасность …………………………………………………………….. 108

5.4 Экологическая безопасность…………………………………………………………… 109

5.5 Безопасность в чрезвычайных ситуациях ……………………………………….. 110

Выводы по разделу «Социальная ответственность» ……………………………… 112

Заключение ……………………………………………………………………………………………. 113

Список литературы: ……………………………………………………………………………….. 114

Приложение A ……………………………………………………………………………………….. 119

В результате проведенных исследований при работе МРС с
сублимирующей Cr мишенью было выявлено:
• минимальная мощность, при которой магнетрон стабильно
работает в режиме самораспыления, составляет 2250 Вт, что соответствует
интенсивной сублимации атомов с поверхности мишени;
• при подаче отрицательного смещения на подложку ток
смещения примерно одинаковый как в режиме самораспыления, так и при
подаче рабочего газа, что указывает на возможность гибкого управления
ионной бомбардировкой поверхности растущего покрытия при реализации
режима полного самораспыления;
• покрытие, полученное при минимальной мощности магнетрона в
режиме самораспыления, продемонстрировало более высокую стойкость к
коррозии по сравнению с покрытием, полученным при работе магнетрона с
рабочим газом;
• скорости осаждения хромовых покрытий при использовании
сублимации мишени возросли примерно на порядок по сравнению с
обычным распылением.